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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Keilanordnung und insbesondere auf eine Keilanordnung mit Ungleichgewicht für eine Antriebswelle.
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Hintergrund
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Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, Benzinmotoren oder mit gasförmigem Brennstoff angetriebene Motoren werden betrieben, um eine Leistungsausgabe zu erzeugen. In vielen Systemen treibt diese Leistungsausgabe einen Kompressor für eine nachgelagerte Anwendung an. Beispielsweise kann der Kompressor eine Antriebswelle haben, die von dem Motor gedreht wird, um einen Fluss von Druckluft zu erzeugen.
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Ein Kompressor kann einen oder mehrere Kolben aufweisen, die von der Antriebswelle mit Leistung versorgt werden, um ein Einlassströmungsmittel zu komprimieren. In einem Einzylinderkompressor kann eine Unwucht bzw. ein Ungleichgewicht in Torsionsrichtung existieren, beispielsweise auf Grund der Bewegung von nur einem Zylinder während des Betriebs. In einigen Kompressoranordnungen erzeugen Raumeinschränkungen und der Wunsch, dem Endanwender Flexibilität im Betrieb zu gestatten, Konstruktionsentscheidungen, die weiter die inhärente Unausgeglichenheit verschlimmern.
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Ein Verfahren zum Behandeln von Ungleichgewichten bzw. Unwuchten, die in Einzylinderkompressoren vorhanden sind, wird im
US-Patent Nr. 4,509,378 (dem '378-Patent) beschrieben, welches an Braun am 9. April 1985 erteilt wurde. Das '378-Patent beschreibt eine Maschine mit Hin- und Herbewegung, welche Ausgleichsgewichte und Gegengewichte hat, die verwendet werden, um die Trägheitskräfte auszugleichen, die in dem Einzylindersystem vorhanden sind. Beispielsweise sind zwei Ausgleichsgewichte an einer Kurbelwelle des Systems angebracht und konfiguriert, um sich mit der Kurbelwelle zu drehen. Die Maschine mit Hin- und Herbewegung weist auch zwei Gegengewichte auf, die in der zur Kurbelwelle entgegengesetzten Richtung mit der gleichen Drehzahl rotieren, wie die Kurbelwelle. Die Ausgleichsgewichte und die Gegengewichte kombinieren Kräfte während des Betriebs, um die primären hin und herlaufenden Trägheitskräfte auszugleichen, die mit dem einzelnen Zylinder assoziiert sind.
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Obwohl das
'378 -Patent dabei helfen kann, die Unwucht bzw. das Ungleichgewicht zu verringern, welches bei der Maschine mit Hin- und Herbewegung vorhanden ist, kann die Lage der Ausgleichsgewichte auf der rotierenden Welle diese Lösung bei Anwendungen, in denen Raumeinschränkungen die Anordnung der Ausgleichsgewichte beschränken, undurchführbar oder unerwünscht machen. Da weiter die Gegengewichte mit der rotierenden Welle in einigen der Offenbarungen integriert sind, ist die Flexibilität eines Anwenders beim Variieren der Anordnung über bei der Kombination der Komponenten eingeschränkt. Außerdem kann der Anwender auf Grund der Integration der Ausgleichsgewichte mit der Welle möglicherweise nicht die Korrektur der Unwucht für eine anwenderspezifische Anwendung zuschneiden.
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Das offenbarte System ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Keilanordnung mit Ausgleichsgewicht gerichtet, die einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit einer Mittelachse und einer Vielzahl von Zähnen hat, die um die Mittelachse angeordnet sind. Die Keilanordnung mit Ausgleichsgewicht weist auch ein Ausgleichsgewicht auf, welches um einen Teil der Mittelachse des im Wesentlichen zylindrischen Körpers angeordnet ist.
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Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verdichtungssystem gerichtet, welches einen Strömungsmittelkompressor aufweist, der eine Antriebswelle und eine außen liegende Keilanordnung hat, die so konfiguriert ist, dass sie mit einem Ende der Antriebswelle zusammenpasst. Das Verdichtungssystem weist auch ein Ausgleichsgewicht auf, welches so konfiguriert ist, dass es um einen Teil der außenliegenden Keilanordnung angeordnet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Antriebssystem gerichtet, welches einen Motor mit einer Kurbelwelle mit einer innenliegenden Keilanordnung aufweist. Das Antriebssystem weist auch einen Strömungsmittelkompressor auf, der eine Antriebswelle und einen einzelnen Kolben hat, der in hin und her bewegbarer Weise mit der Antriebswelle verbunden ist. Eine außen liegende Keilanordnung ist so konfiguriert, dass sie mit der innen liegenden Keilanordnung zusammenpasst und eine innere Bohrung aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie entfernbar ein Ende der Antriebswelle aufnimmt. Das Antriebssystem weist auch ein Gegengewicht auf, welches integral mit der außenliegenden Keilanordnung ist, und so konfiguriert ist, dass es um einen Teil der Mittelachse der außenliegenden Keilanordnung angeordnet ist, der durch einen Winkel definiert wird. Ein Verhältnis zwischen einer Dicke des Ausgleichsgewichtes und dem Winkel ist ungefähr 0,16–0,24 mm pro 1 Grad.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine aufgeschnittene perspektivische und schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebssystems;
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2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines beispielhaften Kompressors, der in dem Antriebssystem der 1 verwendet werden kann,
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3 ist eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften außenliegenden Keilanordnung, die mit dem Kompressor der 2 verwendet werden kann;
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4 ist eine Darstellung einer Frontansicht der außenliegenden Keilanordnung der 3; und
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5 ist eine quergeschnittene Seitenansicht der außenliegenden Keilanordnung der 3 und 4.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht ein Antriebssystem 5 mit einem Kompressor 8 und einer Leistungsquelle 10, die betriebsmäßig mit dem Kompressor 8 verbunden werden kann. Die Leistungsquelle 10 kann einen Motor 12 aufweisen, beispielsweise einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen mit gasförmigem Brennstoff angetriebenen Motor (beispielsweise einen Erdgasmotor) oder irgendeine andere Art eines Verbrennungsmotors, die der Fachmann kennt. Die Leistungsquelle 10 kann auch eine Kurbelwelle 14 aufweisen, die betriebsmäßig mit einer anderen Vorrichtung verbunden sein kann, wie beispielsweise dem Kompressor 8, um die angeschlossene Vorrichtung anzutreiben.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Kompressor 8 ein Strömungsmittelkompressor, der einen Strömungsmitteleinlassanschluss 16 aufweist, um ein Strömungsmittel (beispielsweise ein Gas, wie Luft, oder eine Flüssigkeit) aufzunehmen, das durch einen Kolben 18 unter Druck gesetzt werden soll. Eine Kolbenstange bzw. Pleuelstange 20 verbindet den Kolben 18 mit einer Antriebswelle 22. Die Antriebswelle 22 kann beispielsweise mit der Kurbelwelle 14 der Leistungsquelle 10 verbunden sein, so dass eine Drehung der Kurbelwelle 14 eine entsprechende Drehung der Antriebswelle 22 zur Folge haben wird. In einem Ausführungsbeispiel der 1 ist die Antriebswelle 22 beispielsweise mit der Kurbelwelle 14 durch eine außenliegende Keilanordnung 24 verbunden, die mit der Leistungsquelle 10 über eine innenliegende Keilanordnung in Eingriff kommen kann.
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Der Kompressor 8 weist weiter ein Ausgleichsgewicht 26 auf, welches so konfiguriert ist, dass es um die außenliegende Keilanordnung 24 und/oder die Antriebswelle 22 angeordnet wird, um Unwuchten bzw. Ungleichgewichte zu vermindern, die während des Betriebs des Kompressors 8 auftreten. In einem Ausführungsbeispiel ist der Kompressor 8 beispielsweise ein Einzylinderkompressor, der nur einen Kolben 18 hat, und das Ausgleichsgewicht 26 versetzt die innewohnende Unwucht, die auf Grund des Betriebs von nur einem einzigen Kolben 18 auftritt. Weiter kann die Antriebswelle 22 beispielsweise in einigen Ausführungsbeispielen Ausgleichskröpfungen haben, die teilweise die innenwohnende Unwucht ausgleichen, die auf Grund des einzelnen Kolbens 18 auftritt, und das Ausgleichsgewicht 26 kann die zusätzliche Versetzung bzw. Ausgleichsfähigkeit vorsehen, die nötig ist, um vollständig die innewohnende Unwucht auszugleichen. Das heißt, Raumeinschränkungen können in einigen Ausführungsbeispielen die Ausgleichskröpfungen der Antriebswelle 22 beschränken, und der restliche Ausgleich, der benötigt wird, um den Kompressor 8 auszubalancieren, kann von dem Ausgleichsgewicht 26 vorgesehen werden.
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Abhängig von ausführungsspezifischen Überlegungen können die außenliegende Keilanordnung 24, das Ausgleichsgewicht 26 und die Antriebswelle 22 auf eine Vielzahl von geeigneten Arten geformt oder verbunden werden. Beispielsweise sind die außenliegende Keilanordnung 24, das Ausgleichsgewicht 26 und die Antriebswelle 22 in einem Ausführungsbeispiel als getrennte Teile ausgeformt, und sie werden über irgendeine geeignete Verbindung (beispielsweise Bolzen, Schrauben, Presspassungen usw.) zum Betrieb miteinander verbunden. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Antriebswelle 22 so konfiguriert sein, dass sie die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 darauf entfernbar aufnimmt. Weiterhin kann in gewissen Ausführungsformen eine Schraube bzw. ein Bolzen durch die außenliegende Keilanordnung 24 laufen, um in entfernbarer Weise die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 mit der Antriebswelle 22 zu verbinden. Der Ausdruck „entfernbar”, so wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass eine Komponente auf einer anderen Komponente aufgenommen werden kann und von dieser entfernt werden kann, und zwar ohne Verformung oder Zerstörung irgendeiner Komponente.
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In anderen Ausführungsbeispielen sind die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 als einteilige Anordnung ausgeformt (d. h., in einem einzigen integralen Teil integriert). In solchen Ausführungsbeispielen kann die einteilige Anordnung (welche die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 aufweist) mit der Antriebswelle 22 in irgendeiner geeigneten Weise verbunden werden, beispielsweise durch Schrauben der einteiligen Anordnung auf die Antriebswelle 22 und/oder durch Formen einer Presspassung zwischen einem Außendurchmesser 50 (in 2 gezeigt) der Antriebswelle 22 und einem Innendurchmesser 49 (in 5 gezeigt) der außenliegenden Keilanordnung 24.
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In noch weiteren Ausführungsbeispielen sind die Antriebswelle 22, die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 als eine einteilige Anordnung geformt (d. h., in ein integrales Teil integriert). In solchen Ausführungsbeispielen kann die einteilige Anordnung (welche die Antriebswelle 22, die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 aufweist) so konfiguriert sein, dass sie mit dem Kompressor 8 in irgendeiner geeigneten Weise zum Betrieb verbunden ist, beispielsweise über Bolzen, Schrauben, Presspassungen usw. In Ausführungsbeispielen, in denen die Antriebswelle 22 und/oder die außenliegende Keilanordnung 24 und/oder das Ausgleichsgewicht 26 in einer einteiligen Anordnung ausgeformt sind, können die Komponenten außerdem aus einem einzigen Materialteil geformt sein oder ein oder mehrere Techniken können verwendet werden, um die Komponenten zu integrieren oder zusammenzusetzen, um ein integrales Teil zu formen, was Schweißen, Formen der Komponenten in einer einzigen Form, Verbinden der Komponenten miteinander während eines Wärmebehandlungsprozesses usw. miteinschließt, jedoch nicht darauf eingeschränkt ist.
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Es sei bemerkt, dass der Kompressor 8 in einigen Ausführungsbeispielen eine oder mehrere zusätzliche Komponenten aufweisen kann, die in der 1 nicht gezeigt oder beschrieben sind, welche das Komprimieren eines Strömungsmittels ermöglichen, welches durch den Strömungsmitteleinlassanschluss 16 aufgenommen wird. Während die Komponenten in irgendeinem gegebenen System basierend auf anwendungsspezifischen Überlegungen ausgewählt werden, kann der Kompressor 8 in einigen Ausführungsbeispielen Kühlmittelanschlüsse 28, eine Kühlplatte 30, eine Auswerferabdeckung 32, einen Auswerferkolben 34, ein oder mehrere Auslassflatterventile bzw. Auslassmembranventile 36 und eine Kurbelwellenabdeckung 38 aufweisen.
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2 ist eine Explosionsansicht des Kompressors 8 der 1, die weiter veranschaulicht, wie ein Ausführungsbeispiel der außenliegenden Keilanordnung 24 und des Ausgleichsgewichts 26 mit der Antriebswelle 22 des Kompressors 8 gekoppelt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel sind die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 als einteilige Anordnung gezeigt, jedoch können diese Komponenten in anderen Ausführungsbeispielen auf eine Vielzahl von geeigneten Arten geformt werden, wie oben besprochen. Wie gezeigt, weist die veranschaulichte Ausführungsform ein Befestigungselement 40 mit einem Endteil 42 und einer Verlängerung 44 auf, die sich von dem Endteil 42 durch einen Körper 46 der außenliegenden Keilanordnung 24 erstreckt, um die außenliegende Keilanordnung 24 mit der Antriebswelle 22 zu verbinden. Das Befestigungselement 40 kann beispielsweise ein Bolzen, eine Schraube oder eine andere geeignete Sicherungsvorrichtung sein. Außerdem sind die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 weiter an der Antriebswelle 22 über eine Presspassung zwischen dem Innendurchmesser 49 (in 5 gezeigt) des Körpers 46 der außenliegenden Keilanordnung 24 und dem Außendurchmesser 50 der Antriebswelle 22 gesichert.
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In einigen Ausführungsbeispielen können die außenliegende Keilanordnung 24 oder der Kompressor 8 einen oder mehrere Ausrichtungsmechanismen aufweisen, die konfiguriert sind, um die außenliegende Keilanordnung 24 mit der Antriebswelle 22 axial auszurichten, wenn sie montiert sind. Beispielsweise kann die außenliegende Keilanordnung 24 einen ersten Ausrichtungsmechanismus 51 aufweisen (in den 4 und 5 gezeigt), der konfiguriert ist, um mit einem zweiten Ausrichtungsmechanismus 52 zusammenzupassen, um die außenliegende Keilanordnung 24 axial auszurichten. Durch Ausrichten des ersten Ausrichtungsmechanismus 51 und des zweiten Ausrichtungsmechanismus 52 kann die außenliegende Keilanordnung 24 bezüglich der Antriebswelle 22 für den Betrieb orientiert bzw. ausgerichtet werden.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel hat beispielsweise eine Ausrichtung des ersten Ausrichtungsmechanismus 51 und des zweiten Ausrichtungsmechanismus 52 eine ordnungsgemäße Positionierung des Ausgleichsgewichtes 26 bezüglich des Kolbens 18 zur Folge. Das heißt, das Ausgleichsgewicht 26 ist auf einer Seite der Antriebswelle 22 entgegengesetzt vom Kolben 18 positioniert, wenn die ersten und zweiten Ausrichtungsmechanismen 51 und 52 zusammengesetzt werden. Die relative Positionierung des Ausgleichsgewichtes 26 und des Kolbens 18 in der ausgerichteten Position können es ermöglichen, dass das Ausgleichsgewicht 26 die innewohnende Unwucht korrigiert, die beim Kompressor 8 auf Grund des Betriebs mit nur dem einzelnen Kolben 18 vorhanden ist.
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In dem Ausführungsbeispiel der 2 ist der erste Ausrichtungsmechanismus 51 eine Öffnung, und der zweite Ausrichtungsmechanismus 52 ist ein Stift, der so konfiguriert ist, dass er von der Öffnung aufgenommen wird. Jedoch können die ersten und zweiten Ausrichtungsmechanismen 51 bzw. 52 in anderen Ausführungsbeispielen eine Vielzahl von geeigneten Formen annehmen. Beispielsweise kann der erste Ausrichtungsmechanismus 51 ein vorstehender Teil sein (beispielsweise ein Stift oder ein anderer Vorsprung), und der zweite Ausrichtungsmechanismus 52 kann ein vertiefter Teil sein (beispielsweise eine Öffnung, ein Durchlass oder ein Aufnahmemerkmal). Weiterhin können die Ausrichtungsmechanismen 51 und 52 beispielsweise in anderen Ausführungsformen andere geeignete Formen annehmen, wie beispielsweise Markierungen (beispielsweise Zeitsteuermarkierungen) auf sowohl der außenliegenden Keilanordnung 24 als auch auf der Antriebswelle 22, die relativ zueinander positioniert werden können, um eine axiale Ausrichtung anzuzeigen.
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Weiterhin können die Ausrichtungsmechanismen 51 und 52 in einigen Ausführungsbeispielen so konfiguriert sein, dass Drehmoment während des Betriebs durch die Ausrichtungsmechanismen 51 und 52 übertragen wird. Jedoch können in anderen Ausführungsbeispielen andere Komponenten, wie beispielsweise das Befestigungselement 40 und/oder die Presspassung, die zwischen dem Innendurchmesser 49, der außenliegenden Keilanordnung 24 und dem Außendurchmesser 50 der Antriebswelle 22 gebildet wird, konfiguriert sein, um einen Teil der Last oder die gesamte Last während des Betriebs zu handhaben.
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Die 3–5 veranschaulichen Merkmale von einem Ausführungsbeispiel der außenliegenden Keilanordnung 24 und des Ausgleichsgewichtes 26 genauer. Wie in 3 gezeigt, ist der Körper 46 in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylindrisch. Der Ausdruck „im Wesentlichen zylindrisch”, so wie er hier verwendet wird, wenn er sich auf den Körper 46 bezieht, schließt Fälle mit ein, in denen der Körper 46 die Form eines Zylinders annimmt. Jedoch schließt der Ausdruck „im Wesentlichen zylindrisch” auch Fälle eine, in denen die Form des Körpers 46 geringfügig von einem Zylinder abweicht. Beispielsweise ist der in den 3–5 gezeigte Körper 46 im Wesentlichen zylindrisch, obwohl eine Vielzahl von Zähnen 66 und eine Vielzahl von Nuten 68 geringe Abweichungen sind, welche die Form des Körpers 46 bezüglich eines Zylinders variieren.
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Weiterhin ist in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Körper 46 der außenliegenden Keilanordnung 24 um eine Mittelachse 60 angeordnet und weist ein erstes Ende 62 und ein zweites Ende 64 auf. Die Vielzahl von Zähnen 66 wechselt sich mit der Vielzahl von Nuten bzw. Vertiefungen 68 ab und ist um das zweite Ende 64 des Körpers 46 angeordnet. Die Vielzahl von Zähnen 66 kann so konfiguriert sein, dass sie in einigen Ausführungsbeispielen zu einer Vielzahl von innenliegenden Vertiefungen an einem entsprechenden Teil passen (beispielsweise zu einer innenliegenden Keilanordnung in der Kurbelwelle 14). Weiterhin kann die Vielzahl von Zähnen 66 in einigen Ausführungsbeispielen aus einem vorgehärteten Material geformt sein, wie beispielsweise aus einem induktionsgehärtetem Material.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Ausgleichsgewicht 26 um das erste Ende 62 des Körpers 46 gegenüberliegend zum zweiten Ende 64 angeordnet. Das Ausgleichsgewicht 26a ist auch um einen Teil der Mittelachse 60 angeordnet, der durch einen in 4 gezeigten Winkel 70 definiert wird. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Achse 71 beispielsweise senkrecht zur Mittelachse 60 und stellt die Lage eines Winkels von 180 Grad um die Mittelachse 60 dar. Das Ausgleichsgewicht 26 ist über den Winkel 70 hinweg angeordnet, der in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weniger als 180 Grad ist und durch 180 Grad minus die Winkel 72 und 74 definiert wird. In einem Ausführungsbeispiel kann der Winkel 70 ungefähr 170 Grad sein, so dass jeder der Winkel 72 und 74 ungefähr 5 Grad ist (beispielsweise 5 Grad plus oder minus 1 Grad). Jedoch sind die gezeigten Winkel nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen, und in anderen Ausführungsbeispielen kann der Winkel 70 irgendein geeigneter Winkel sein, der größer als, kleiner als oder gleich 180 Grad ist.
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Weiterhin kann der Winkel 70 in einigen Ausführungsbeispielen zumindest teilweise basierend auf der Dicke 76 des Ausgleichsgewichtes 26 ausgewählt werden. Beispielsweise kann ein Verhältnis zwischen der Dicke 76 des Ausgleichsgewichtes 26 und dem Winkel 70 optimiert werden (beispielsweise so ausgewählt werden, dass eine ausreichende Oberfläche ermöglicht wird, um ein oder mehrere Ausgleichsöffnungen 78 aufzunehmen). In einigen Ausführungsbeispielen kann das Verhältnis ungefähr 0,16–0,24 mm pro 1 Grad sein. Beispielsweise kann der Winkel 70 in einem Ausführungsbeispiel ungefähr 170 Grad sein (beispielsweise 170 Grad plus oder minus 2 Grad), und die Dicke 76 kann ungefähr 33 mm sein (beispielsweise 33 mm plus oder minus 1 mm). Weiterhin kann die Dicke 76 beispielsweise zwischen 32 mm und 34 mm sein. In dieser Weise kann ein Ausführungsbeispiel des Ausgleichsgewichtes 26 mit einem größeren Winkel 70 eine kleinere Dicke 76 im Vergleich zu einem Ausführungsbeispiel des Ausgleichsgewichtes 26 haben, welches einen kleineren Winkel 70 und eine größere Dicke 76 hat.
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In gewissen Ausführungsbeispielen können der Winkel 70 und/oder die Dicke 76 so ausgewählt werden, dass sie eine Anordnung von Ausgleichsöffnungen 78 um den Umfang des Ausgleichsgewichtes 26 ermöglichen. Die Ausgleichsöffnungen 78 können so konfiguriert sein, dass sie eine Feineinstellung des Gegengewichtes ermöglichen, welches vom Ausgleichsgewicht 26 vorgesehen wird, beispielsweise um Unterschiede beim Gewicht oder bei der Größe des Ausgleichsgewichtes 26 auszugleichen, welche während der Herstellung auftreten. Die Qualität und Lage der Ausgleichsöffnungen 78 ist in einem gegebenen Ausführungsbeispiel abhängig von der Ausführung und kann zwischen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen des Ausgleichsgewichtes 26 variieren.
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Ein oder mehrere Merkmale der außenliegenden Keilanordnung 24 und/oder des Ausgleichsgewichtes 26 können es ermöglichen, dass das Ausgleichsgewicht 26 gegen das. Ungleichgewicht bzw. die Unwucht wirkt, die dem Kompressor 8 auf Grund des Betriebs mit nur dem einzelnen Kolben 18 innenwohnt. Beispielsweise kann das Ausgleichsgewicht 26 gegenüberliegend zu dem ersten Ausrichtungsmechanismus 51 bezüglich der Achse 71 angeordnet sein. Das heißt, das Ausgleichsgewicht 26 kann um die Achse 77 zentriert sein (die ungefähr senkrecht zur Achse 71 ist und durch die Mitte des im Wesentlichen zylindrischen Körpers 46 und des ersten Ausrichtungsmechanismus 51 verläuft), so dass die Winkel 72 und 74 ungefähr gleich sind.
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Weiterhin kann diese relative Positionierung des Ausgleichsgewichtes 26 bezüglich des ersten Ausrichtungsmechanismus 51 eine ordnungsgemäße Positionierung des Ausgleichsgewichtes 26 bezüglich des Kolbens 18 ermöglichen, wenn der erste Ausrichtungsmechanismus 51 und der zweite Ausrichtungsmechanismus 52 ausgerichtet sind. Wenn beispielsweise die ersten und zweiten Ausrichtungsmechanismen 51 und 52 ausgerichtet sind, ist das Ausgleichsgewicht 26 auf der Seite der Antriebswelle 22 gegenüberliegend zum Kolben 18 positioniert. Diese relative Positionierung des Ausgleichsgewichtes 26 und des Kolbens 18 in der ausgerichteten Position kann ermöglichen, dass das Ausgleichsgewicht 26 die innenwohnende Unwucht korrigiert, die auf Grund des Betriebs mit nur dem einzelnen Kolben 18 in dem Kompressor 8 vorhanden ist.
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Weiterhin kann die Lage der Ausgleichsstrukturen 78 um den Umfang des Ausgleichsgewichtes 26 so ausgewählt werden, dass das Gewicht des Ausgleichsgewichtes 26 ungefähr gleich auf jeder Seite der Achse 77 verteilt ist. Wenn beispielsweise eine einzige Ausgleichsöffnung 78 vorgesehen ist, kann die einzelne Ausgleichsöffnung 78 bezüglich der Achse 71 und entlang der Achse 77 gegenüberliegend zum Ausrichtungsmechanismus 51 sein.
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5 veranschaulicht eine quergeschnittene Seitenansicht der außenliegenden Keilanordnung 24 und des Ausgleichsgewichtes 26 der 3 und 4. Diese Ansicht veranschaulicht innere Merkmale der außenliegenden Keilanordnung 24 und des Ausgleichsgewichtes 26 genauer. Wie gezeigt, hat die außenliegende Keilanordnung 24 beispielsweise den Innendurchmesser 49 (der ein erster Innendurchmesser der außenliegenden Keilanordnung 24 sein kann), welcher einen Durchlassweg 80 definiert, der so konfiguriert ist, dass er den Außendurchmesser 50 der Antriebswelle 22 aufnimmt. Die außenliegende Keilanordnung 24 hat auch einen Innendurchmesser 82 (der ein zweiter Innendurchmesser der außenliegenden Keilanordnung 24 sein kann), der einen Durchlassweg 81 definiert, der so konfiguriert ist, dass er die Verlängerung 44 des Befestigungselementes 40 aufnimmt. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Innendurchmesser 82 kleiner sein als der Innendurchmesser 49, so dass, wenn die Antriebswelle 22 in dem Durchlassweg 80 aufgenommen ist, die Antriebswelle 22 sich nicht in den Durchlassweg 81 erstreckt.
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Weiterhin formt der erste Ausrichtungsmechanismus 51 in diesem Ausführungsbeispiel ein Sackloch 84, welches konfiguriert ist, um den zweiten Ausrichtungsmechanismus 52 aufzunehmen, der in einer entsprechenden Form geformt ist (beispielsweise als ein Stift). In ähnlicher Weise ist die Ausgleichsöffnung 78 so veranschaulicht, dass sie ein Sackloch 86 bildet, welches sich in das Ausgleichsgewicht 26 erstreckt. In anderen Ausführungsbeispielen können jedoch der erste Ausrichtungsmechanismus 51 und/oder die Ausgleichsöffnung 78 eine Vielzahl von anderen Formen annehmen. Beispielsweise kann die Ausgleichsöffnung 78 in einigen Ausführungsbeispielen ein Durchgangsloch sein, welches sich durch die Dicke 76 des Ausgleichsgewichtes 26 erstreckt.
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Außerdem sei bemerkt, dass, obwohl in den veranschaulichten Ausführungsbeispielen die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 so konfiguriert sind, dass sie mit der Antriebswelle 22 zusammenpassen oder mit dieser integral sind, die Antriebswelle 22 in anderen Ausführungsbeispielen eine Vielzahl von anderen Formen annehmen kann. Das heißt, die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 können mit irgendeiner geeigneten Bauart einer Welle (beispielsweise Motorantriebswelle, freistehende Welle usw.) zusammenpassen oder mit diesen integriert sein, welche Kompressorantriebswellen aufweisen, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die offenbarten Systeme, welche die außenliegende Keilanordnung 24, das Ausgleichsgewicht 26 und/oder die Antriebswelle 22 aufweisen, können eine Vielzahl von gewerblichen Anwendungsformen haben. Beispielsweise können die offenbarten Systeme eine industrielle Anwendbarkeit in Energieerzeugungssystemen, Brennstoffpumpsystemen und Luftkompressionssystemen finden. Weiterhin können die offenbarten Systeme in einer Vielzahl von Bereichen verwendet werden, was Ölraffinerien, chemische Fabriken, Kühlfabriken bzw. Kühlhäuser usw. einschließt, jedoch nicht darauf eingeschränkt ist. In solchen Anwendungen und Bereichen können die offenbarten Systeme eine Kompensation von Unwuchten ermöglichen, die bei sich drehenden Komponenten vorhanden sind, wie beispielsweise bei den Antriebswellen von Einzylinderkompressoren, während eine Kompatibilität mit dem Antriebsformat von keilwellenbasierten Vorrichtungen vorgesehen wird, wie beispielsweise mit Keilwellen versehenen Kurbelwellen von Motoren.
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Der Betrieb des Antriebssystem 5 mit dem Kompressor 8 und der Leistungsquelle 10, die über die Antriebswelle 22 und die Kurbelwelle 14 gekoppelt sind, wird nun erklärt. Während des Betriebs des Antriebssystems 5 versorgt die Leistungsquelle 10 den Betrieb des Kompressors 8 mit Leistung, welcher ein Einlassströmungsmittel unter Druck setzt. Insbesondere wird der Betrieb des Motors 12 eine Drehung der Kurbelwelle 14 bewirken. Eine Drehung der Kurbelwelle 14 hat eine entsprechende Drehung der Antriebswelle 22 zur Folge, da die Kurbelwelle 14 und die Antriebswelle 22 mechanisch über die außenliegende Keilanordnung 24 verbunden sind. Beispielsweise können Nuten und Zähne an der Kurbelwelle 14 mit der Vielzahl von Nuten 68 und der Vielzahl von Zähnen 66 der außenliegenden Keilanordnung 24 zusammenpassen, um eine Drehung der Antriebswelle 22 zu ermöglichen, wenn die Kurbelwelle 14 sich dreht.
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Eine Drehung der Antriebswelle 22 versorgt den Betrieb des Kompressors 8 mit Leistung, um die Kompression eines Einlassströmungsmittels zu ermöglichen. Insbesondere treibt die Drehung der Antriebswelle 22 die Bewegung des Kolbens 18 des Kompressors 8 an. Der Kolben 18 wirkt auf ein Einlassströmungsmittel aus dem Strömungsmitteleinlassanschluss 16, in dem er sich bezüglich des Einlassströmungsmittels bewegt, um den Druck des Einlassströmungsmittels zu vergrößern, wodurch unter Druck gesetztes Strömungsmittel erzeugt wird.
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Wenn die Antriebswelle 22 sich dreht, drehen sich weiterhin die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26. Die Drehung des Ausgleichsgewichtes 26 sieht eine unausgeglichene Kraft vor, welche gegen die Unwuchtkraft wirkt, die während des Betriebs des Kompressors 8 auftritt. Beispielsweise kann die Drehung des Ausgleichsgewichtes 26 so konfiguriert sein, dass eine Kraft erzeugt wird, die bezüglich der Größe gleich und bezüglich der Richtung entgegengesetzt ist (d. h., 180 Grad außer Phase), um die innewohnende Unwucht im Kompressor 8 auf Grund der Bewegung von nur einem einzigen Kolben 18 zu korrigieren. Wenn die Antriebswelle 22 die außenliegende Keilanordnung 24 und das Gegengewicht 26 sich drehen, wird das Drehmoment durch die Presspassung zwischen dem Innendurchmesser 49 der außenliegenden Keilanordnung 24 und dem Außendurchmesser 50 der Antriebswelle 22 übertragen.
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Verschiedene Vorteile gegenüber dem Stand der Technik können mit den offenbarten Systemen assoziiert sein. Beispielsweise weisen die offenbarten Systeme die außenliegende Keilanordnung 24 auf, welche es ermöglicht, dass der Kompressor 8 mit keilwellenbasierten Vorrichtungen kompatibel ist. Dies kann beispielsweise in Fällen vorteilhaft sein, in welchen der Anwender den Kompressor 8 mit der Antriebsquelle 10 koppeln möchte, und wobei die Antriebswelle 10 für ein keilwellenbasiertes Antriebsformat konfiguriert ist. Beispielsweise kann der Kompressor 8 mit dem Motor 12 kompatibel sein, wenn der Motor 12 riemengetrieben ist, und zwar im Gegensatz zu beispielsweise einem Zahnradantrieb.
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Da weiterhin die außenliegende Keilanordnung 24, das Ausgleichsgewicht 26 und die Antriebswelle 22 der offenbarten Systeme als teilweise oder vollständig integrierte Anordnungen geformt sein können, können die offenbarten Systeme, abhängig vom gegebenen Ausführungsbeispiel, auf eine gegebene Ausführung zugeschnitten werden, so dass die erwünschten Komponenten in einer vorteilhaften Konfiguration vorgesehen werden. In Ausführungen, bei denen der Kompressor 8 eine existierende Antriebswelle 22 aufweist, können beispielsweise die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 separat von der Antriebswelle 22 vorgesehen werden, um zu ermöglichen, dass die Antriebswelle 22 nachträglich mit der außenliegenden Keilanordnung 24 und dem Ausgleichsgewicht 26 nachgerüstet wird.
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Weiterhin ermöglichen die offenbarten Systeme zusätzliche Anpassungen, beispielsweise weil die außenliegende Keilanordnung 24 und das Ausgleichsgewicht 26 als eine einteilige Anordnung geformt werden können. In Ausführungen, bei denen der Kompressor 8 oder eine andere durch eine Welle angetriebene oder eine eine Welle antreibende Vorrichtung ohne eine integrierte Welle vorgesehen sind, können die offenbarten Systeme beispielsweise weiter die Form einer einteiligen Anordnung annehmen, welche die außenliegende Keilanordnung 24, die Antriebswelle 22 und das Ausgleichsgewicht 26 aufweist. Die einteilige Anordnung kann dann mit dem existierenden Kompressor 8 oder einer anderen Vorrichtung verbunden werden.
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Ein weiterer Vorteil, der von den offenbarten Systemen vorgesehen wird, ist die Fähigkeit, Unwuchten bzw. Ungleichgewichte des Kompressors 8 in den verschiedenen Ausführungsbeispielen des Kompressors 8 zu kompensieren. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsbeispielen das Verhältnis zwischen der Dicke 76 des Ausgleichsgewichtes 26 und dem Winkel 70 ungefähr 0,16–0,24 mm pro 1 Grad sein. Dadurch, dass die Dicke 76 des Ausgleichsgewichtes 26 mit dem Winkel 70 in dieser Weise in Beziehung gebracht wird, können die offenbarten Systeme eine Abmilderung von dynamischen Torsionseffekten vom Kompressor 8 ermöglichen. Weiterhin kann in einigen Ausführungsbeispielen die Fähigkeit des Ausgleichsgewichtes 26 zum Ausgleich von Unwuchten im Kompressor 8 für eine spezielle Ausführung fein eingestellt werden. Die Feineinstelllung der Abmilderung der Unwuchten des Kompressors 8 kann beispielsweise durch die Ausgleichsöffnungen 78 ermöglicht werden. Insbesondere kann das Ausgleichsgewicht 26 in einigen Ausführungsbeispielen so hergestellt werden, dass es keine Ausgleichsöffnungen 78 aufweist, und die Menge und die Anordnung der Ausgleichsöffnungen 78 kann durch einen Anwender für eine gegebene Ausführung ausgewählt werden, beispielsweise durch Berücksichtigung des Ausmaßes der Unwucht, die notwendig ist, um das gegebene Ausführungsbeispiel der Antriebswelle 22 auszubalancieren. Auf diese Weise kann das Ausgleichsgewicht 26 ermöglichen, dass Unwuchten in größerem Ausmaß korrigiert werden, während auch Ungleichgewichte im kleinen Maßstab durch Feineinstellung korrigiert werden können. Die vorangegangenen Merkmale ermöglichen auch, dass Unterschiede zwischen hergestellten Teilen ausgeglichen werden.
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Ein zusätzlicher Vorteil, der von den offenbarten Systemen vorgesehen wird, ist, dass Ungleichgewichte, die mit dem Kompressor 8 mit einem einzelnen Kolben 18 assoziiert sind, kompensiert werden können, ohne dass massige Ausgleichskröpfungen an der Antriebswelle 22 vorgesehen werden, welche die Größe des Gesamtsystems vergrößern. Die hier offenbarten Ausführungsbeispiele können die inhärenten Ungleichgewichte bei dem Kompressor 8 mit einem einzelnen Kolben 18 kompensieren, indem sie das Ausgleichsgewicht 26 vorsehen, wodurch somit ein kleineres Gesamtsystem ermöglicht wird.
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Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den offenbarten Systemen vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der offenbarten Systeme offensichtlich werden. Obwohl sie so beschrieben wurde, dass sie außenliegende Teilmerkmale hat, kann die offenbarte Keil/Ausgleichsgewichtskomponente beispielsweise innenliegende Keilmerkmale haben, falls erwünscht. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Schutzumfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen angezeigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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